Python位运算符详解（从零开始掌握二进制按位操作）

什么是位运算？

计算机内部所有数据最终都以二进制（0 和 1）形式存储。位运算就是直接对这些二进制位进行操作。例如，数字 5 在二进制中是 101，而 3 是 011。

Python 中的六种位运算符

Python 提供了以下六种位运算符：

• &：按位与（AND）
• |：按位或（OR）
• ^：按位异或（XOR）
• ~：按位取反（NOT）
• <<：左移
• >>：右移

1. 按位与（&）

只有当两个对应位都为 1 时，结果才为 1。

a = 5   # 二进制: 101b = 3   # 二进制: 011c = a & bprint(c)  # 输出: 1 （因为 101 & 011 = 001）

2. 按位或（|）

只要有一个对应位为 1，结果就为 1。

a = 5   # 101b = 3   # 011c = a | bprint(c)  # 输出: 7 （因为 101 | 011 = 111）

3. 按位异或（^）

当两个对应位不同时，结果为 1；相同时为 0。

a = 5   # 101b = 3   # 011c = a ^ bprint(c)  # 输出: 6 （因为 101 ^ 011 = 110）

4. 按位取反（~）

将每一位 0 变成 1，1 变成 0。注意：Python 使用补码表示负数，所以 ~x 等价于 -x - 1。

a = 5   # 101b = ~aprint(b)  # 输出: -6# 因为 ~5 = -(5 + 1) = -6

5. 左移（<<）

将二进制数向左移动指定的位数，右侧补 0。相当于乘以 2 的 n 次方。

a = 5        # 101b = a << 2   # 左移2位 → 10100print(b)     # 输出: 20 （5 * 2² = 20）

6. 右移（>>）

将二进制数向右移动指定的位数，左侧补符号位（正数补0，负数补1）。相当于除以 2 的 n 次方（向下取整）。

a = 20       # 10100b = a >> 2   # 右移2位 → 101print(b)     # 输出: 5 （20 ÷ 2² = 5）

实际应用场景

虽然日常开发中不常直接使用位运算，但在以下场景非常有用：

• 权限系统（如 Linux 文件权限用 3 位表示读、写、执行）
• 压缩算法和加密算法
• 嵌入式系统或性能敏感代码
• 快速判断奇偶：n & 1 == 0 表示偶数

小结

通过本篇Python位运算符教程，你应该已经理解了六种基本位运算符的工作原理，并能读懂简单的位运算代码。记住，位运算教程的核心在于理解二进制逻辑，多练习就能熟练掌握。

无论你是学习算法、准备面试，还是深入理解计算机底层，掌握Python按位操作和二进制运算都是不可或缺的技能。

提示：可以尝试在 Python 解释器中逐行运行上述代码，观察输出结果，加深理解。